齒輪傳動噪聲形成的主要原因及對策介紹

傳統(tǒng)衡量齒輪傳動性能的兩個主要因素是：負載能力和疲勞壽命，往往將傳動噪音與傳動精度忽略掉。隨著ISO14000、ISO18000兩項標準的相繼頒布，控制齒輪傳動噪音這一因素的重要性日趨明顯，工業(yè)發(fā)展與需求對高精密設(shè)備的傳動誤差的要求也越來越嚴格（齒輪傳動側(cè)隙）。目前已知的齒輪噪音形成因素，大致可從設(shè)計、制造、安裝、使用維護等幾個方面分析。

國家標準對齒輪用齒輪副規(guī)定了13個精度等級。分別用阿拉伯數(shù)字0、1、2……12表示，其中0級精度最高，其余各級依次遞降，12級精度最低。齒輪副中兩個齒輪的精度等級一般取成相同等級，也允許取成不同等級，此時應(yīng)按其中精度較低者確定齒輪副的精度等級。

13個精度等級中，目前0、1、2級精度的加工工藝水平和測量手段尚難達到，有待發(fā)展。3-5級為高精度等級，6-8級為中等精度等級，9-12級為低精度等級。其中6級是基礎(chǔ)級，也是設(shè)計中常用等級，它是滾齒、插齒等一般常用加工方法在正常條件下所能達到的等級，可用一般計量器具且進行測量。

設(shè)計原因及對策

1. 齒輪精度等級

齒輪傳動系統(tǒng)設(shè)計時，設(shè)計者往往從經(jīng)濟因素考慮，盡可能比較經(jīng)濟的確定齒輪精度等級，殊不知精度等級是齒輪產(chǎn)生噪聲等級與側(cè)隙的標記。美國齒輪制造協(xié)會曾通過大量的齒輪研究，確定高精度等級齒輪比低精度等級齒輪產(chǎn)生的噪聲要小的多。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能提高齒輪的精度等級，來減小齒輪噪聲，減少傳動誤差。

2. 齒輪寬度

在齒輪傳動系統(tǒng)允許時，增加齒寬，可以減少恒定扭矩下的單位負荷。降低輪齒撓曲，減少噪聲激勵，從而降低傳動噪聲。德國H奧帕茲的研究表明，扭矩恒定時，小齒寬比大齒寬噪聲曲線梯度高。同時增長齒寬能加大齒輪的承載能力。

3. 齒距和壓力角

小齒距能保證有較多的輪齒同時接觸，齒輪重疊增多，減少單個齒輪撓曲，降低傳動噪聲，提高傳動精度。較小的壓力角由于齒輪接觸角和橫向重疊比都比較大，因此運轉(zhuǎn)噪聲小、精度高。

4. 運轉(zhuǎn)速度

根據(jù)德國H奧帕茲的試驗研究表明，隨著齒輪運轉(zhuǎn)速度增加，噪聲等級升高。

5. 齒輪箱結(jié)構(gòu)

試驗研究表明，采用圓筒形箱體對減震有利，在其他條件相同的情況下，普通結(jié)構(gòu)齒輪箱體的噪聲級比圓筒形箱體噪聲級平均高6dB。對齒輪箱體進行共振測試，找出共振位置，增加適當?shù)慕顥l（板），可以明顯地減少振動，降低噪聲。多級齒輪傳動時要求瞬時傳動比的變化盡量小，已保證傳動平穩(wěn)，沖擊及振動小，噪聲低。

6. 齒輪聲輻射特征分析

在選擇用不同結(jié)構(gòu)形式的齒輪時，對其特定結(jié)構(gòu)建立聲輻射模型，進行動力學分析，對齒輪傳動系統(tǒng)噪聲進行預先評估。以便根據(jù)使用者的不同要求（使用場所，是否無人操作，是否在城區(qū)內(nèi)，地上、地下建筑物有無特定要求，是否有噪聲防護，或無其他特定要求）去滿足。

制造原因及對策

1. 誤差影響

制造過程齒形誤差、齒距誤差、齒向誤差是導致傳動噪聲的主要誤差。也是齒輪傳動精度難以保證的一個問題點。

齒形誤差小、齒面粗糙度小的齒輪，在相同試驗條件下，其噪聲比普通齒輪要小10dB。齒距誤差小的齒輪，在相同試驗條件下，其噪聲級比普通齒輪要小6～12dB。但如果有齒距誤差存在，負載對齒輪噪聲的影響將會減少。

齒向誤差將導致傳動功率不是全齒寬傳遞，接觸區(qū)轉(zhuǎn)向齒的這端面或那個端面，因局部受力增大輪齒撓曲，導致噪聲級提高。但在高負載時，齒變形可以部分彌補齒向誤差。齒輪噪聲的產(chǎn)生與傳動精度有很直接的關(guān)系。

2. 裝配同心度和動平衡

裝配不同心將導致軸系運轉(zhuǎn)的不平衡，且由于齒論嚙合半邊松半邊緊，共同導致噪聲加劇。高精度齒輪傳動裝配時的不平衡將嚴重影響傳動系統(tǒng)精度。

3. 齒面硬度

隨著齒輪硬齒面技術(shù)的發(fā)展，其承載能力大、體積小、重量輕、傳動精度高等特點使其應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛。但為獲得硬齒面采用的滲碳淬硬使齒輪產(chǎn)生變形，導致齒輪傳動噪聲增大，壽命縮短。為減少噪聲，需對齒面進行精加工。目前除采用傳統(tǒng)的磨齒方法外，又發(fā)展出一種硬齒面刮削方法，通過修正齒頂和齒根，或把主被動輪的齒形都調(diào)小，來減少齒輪嚙入與嚙出沖擊，從而減少齒輪傳動噪音。

4. 系統(tǒng)指標檢定

在裝配前零部件的加工精度及對零部件的選配方法（完全互換，分組選配，單件選配等），將會影響到系統(tǒng)裝配后的精度等級，其噪聲等級也在影響范圍之內(nèi)，因此，裝配后對系統(tǒng)各項指標進行檢定（或標定），對控制系統(tǒng)噪聲是很關(guān)鍵的。

安裝原因及對策

1. 減振和阻斷措施

對齒輪傳動系統(tǒng)在安裝時應(yīng)盡量避免機身與基礎(chǔ)支撐及連接件之間發(fā)生共振，產(chǎn)生噪聲。齒輪傳動系統(tǒng)常常會發(fā)生一只或幾只齒輪在某些速度范圍內(nèi)產(chǎn)生共振，除設(shè)計原因外，與安裝時未經(jīng)空試揪出共振位置。并采取相應(yīng)減振或阻斷措施有直接關(guān)系。某些要求低傳動噪聲和振動的齒輪傳動系統(tǒng)（如檢測儀器），應(yīng)選用高韌性，高阻尼的基礎(chǔ)材料（如冶金設(shè)計研究院研制的環(huán)氧樹脂砂漿基礎(chǔ)材料）來減少噪聲和振動的發(fā)生。

2. 幾何精度調(diào)整

由于安裝時幾何精度未達到標準規(guī)定的要求，導致傳動系統(tǒng)發(fā)生共振，從而產(chǎn)生噪聲，這就應(yīng)該在改善安裝工藝，增加工裝，保證裝配人員的整體素質(zhì)有直接關(guān)系。

3. 零部件松動

在安裝時由于個別零部件的松動（如軸承預緊機構(gòu)，軸系定位機構(gòu)，撥叉限位機構(gòu)等），導致系統(tǒng)定位不準，非正常位置嚙合，軸系移動，產(chǎn)生振動和噪聲。這一系列需從設(shè)計結(jié)構(gòu)出發(fā)，盡量保證各機構(gòu)的聯(lián)接穩(wěn)定，采用多種聯(lián)接方式。

4. 傳動部件損壞

在安裝時由于不當操作損傷傳動部件，導致系統(tǒng)運動不準確或運動失穩(wěn)；高速運動部件由于受損導致油膜振動；人為造成運動件動不平衡；都產(chǎn)生振動和噪聲。這些原因在安裝過程中都是必須注意和盡量避免的。對無法修復的損傷零部件，必須予以更換，以保證系統(tǒng)獲得穩(wěn)定的噪聲等級。

使用維護原因及對策

對齒輪傳動系統(tǒng)正確的使用維護雖不能降低系統(tǒng)噪聲等級，保證傳遞精度，但卻能防止其指標劣化，增大使用壽命。

1. 傳動系統(tǒng)內(nèi)部清潔

傳動系統(tǒng)內(nèi)部的清潔是保證齒輪正常運轉(zhuǎn)的基本條件，任何雜質(zhì)污物的進入都將影響并損傷齒輪傳動系統(tǒng)，最終導致噪聲的產(chǎn)生，損壞傳動系統(tǒng)。

2. 系統(tǒng)正常工作的工作溫度

保證傳動系統(tǒng)正常的工作溫度，防止系統(tǒng)因過大的溫升產(chǎn)生變形，導致非正常嚙合，可以防止噪聲的增大。

3. 及時的潤滑和正確使用油品

不認真的潤滑和錯誤的使用潤滑油脂都將對系統(tǒng)產(chǎn)生不可估量的損害。保證系統(tǒng)得到及時正確的潤滑，可使系統(tǒng)保持在一定的噪聲等級范圍內(nèi)，延緩劣化趨勢。高速運轉(zhuǎn)的齒輪，齒面摩擦會產(chǎn)生大量的熱能，潤滑不當，將會導致輪齒的損傷，影響精度，噪聲亦會增大。設(shè)計時要求齒輪副有適當?shù)拈g隙（嚙合輪齒的非工作面間的間隙，以補償熱變形與貯存潤滑油脂）。對潤滑油脂的正確使用和選擇，可保證系統(tǒng)安全有效運行，穩(wěn)定噪聲等級。

4. 對齒輪運動系統(tǒng)的正確使用

按照系統(tǒng)正常操作順序使用它，可以最大限度地避免系統(tǒng)的損傷及損壞，保證穩(wěn)定的噪聲等級。在系統(tǒng)的正常負載范圍使用系統(tǒng)，因為齒輪傳動系統(tǒng)傳動噪聲隨負載的增加而增大。

5. 定期維護與保養(yǎng)

定期的維護保養(yǎng)（換油，更換已磨損零部件，緊固件松動部件，清除系統(tǒng)內(nèi)部雜物，調(diào)整各部間隙至標準規(guī)定值，檢定各項幾何精度等。）可以提高系統(tǒng)抵抗噪聲等級劣化能力，維持系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定。

結(jié)論

齒輪傳動噪聲控制是一個系統(tǒng)工程，它涉及了齒輪傳動設(shè)計，制造，安裝，使用維護直至更新的全過程，它不僅對設(shè)計者，生產(chǎn)制造者，也對安裝使用維護保養(yǎng)者提出了諸多要求，上述任何環(huán)節(jié)未受到有效控制，齒輪傳動噪聲控制都將歸與失效。